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鋰電池為何不能取代鉛酸電池

2019/6/3 9:28:55??????點擊:

需求

  目前鋰離子電池主要應用在手(shou)機、平(ping)板電腦等3C類電子產(chan)品領域,在已經商業化(hua)的(de)(de)(de)電池中具備最(zui)高(gao)的(de)(de)(de)能量密度,但是仍(reng)然不能滿足(zu)人們(men)的(de)(de)(de)需求(qiu),為什么?歸(gui)結(jie)起來一句話,有(you)限的(de)(de)(de)空(kong)間內塞不進去更大(da)的(de)(de)(de)電芯。人們(men)對3C產(chan)品的(de)(de)(de)體積、重(zhong)量有(you)著嚴格的(de)(de)(de)要求(qiu),所以能夠(gou)提供給電池的(de)(de)(de)空(kong)間有(you)限。

  性能

  盡管(guan)大家(jia)都公認(ren)鋰離子電(dian)池(chi)有一統江(jiang)湖的趨勢,但是(shi)至少在(zai)(zai)兩個方面(mian)他(ta)是(shi)弱于鉛(qian)酸(suan)電(dian)池(chi)的,而(er)這兩點在(zai)(zai)汽車啟動(dong)電(dian)源上更是(shi)招招致命:低溫性能和大電(dian)流性能。


  首(shou)先(xian)說低(di)溫性能,鉛酸電(dian)池(chi)在(zai)低(di)溫下的(de)(de)(de)(de)放(fang)電(dian)性能其實(shi)(shi)還(huan)是很不錯的(de)(de)(de)(de),在(zai)-10℃的(de)(de)(de)(de)溫度下以10C倍率放(fang)電(dian)時,10V以上的(de)(de)(de)(de)電(dian)壓保持時間能夠大于90s,這足以應(ying)付中(zhong)國絕大多數地(di)區的(de)(de)(de)(de)惡劣環境;而鋰(li)離(li)子電(dian)池(chi)的(de)(de)(de)(de)低(di)溫性能要差上許多,尤其是呼聲最(zui)高的(de)(de)(de)(de)LiFePO4(磷酸鐵(tie)鋰(li))材(cai)料,其低(di)溫下的(de)(de)(de)(de)放(fang)電(dian)性能將(jiang)會急劇衰減,在(zai)東北和西北地(di)區很難實(shi)(shi)現實(shi)(shi)際(ji)應(ying)用(yong)(yong),或(huo)者(zhe)說距離(li)實(shi)(shi)際(ji)應(ying)用(yong)(yong)還(huan)有(you)很遠的(de)(de)(de)(de)路要走(zou)。

  安全性

  啟動(dong)電源使用(yong)在汽車上大都是固定在發動(dong)機(ji)艙的(de)位置(zhi),且具(ju)有較高的(de)密閉性,因(yin)此(ci)安全性對汽車來說至關重要,幾百安的(de)電流(liu)瞬間釋放出(chu)來所帶(dai)來的(de)熱量和(he)潛在危險不(bu)言而喻。

        鉛酸(suan)(suan)電(dian)池(chi)(chi)的(de)(de)安全性(xing)在目前(qian)的(de)(de)電(dian)池(chi)(chi)系統里屬于極高的(de)(de)等(deng)級(ji),首先,大電(dian)流性(xing)能優異意(yi)(yi)味(wei)著(zhu)電(dian)池(chi)(chi)不容易發(fa)(fa)生意(yi)(yi)外;其次,即(ji)便發(fa)(fa)生意(yi)(yi)外,正負極材(cai)料都(dou)是(shi)鉛的(de)(de)化(hua)合物,而電(dian)解(jie)液(ye)還是(shi)硫酸(suan)(suan)溶液(ye),三者(zhe)都(dou)不易燃,只能是(shi)導(dao)致周圍的(de)(de)零部(bu)件燃燒。

  鋰(li)離子(zi)電(dian)池的(de)負極材(cai)料(liao)是石墨,碳(tan)材(cai)料(liao)的(de)一種,易(yi)燃性就不(bu)(bu)需要多(duo)說了。電(dian)解液是酯類(lei)溶劑(ji)和(he)鋰(li)鹽,酯類(lei)溶劑(ji)不(bu)(bu)僅易(yi)燃而(er)且還有(you)極強的(de)揮發(fa)性,一旦大量放熱或者在(zai)汽車碰撞時(shi)容易(yi)發(fa)生燃燒甚至爆(bao)炸,將事故推高一個等級,后果(guo)不(bu)(bu)堪(kan)設想。同(tong)時(shi),還有(you)一個重要的(de)因素不(bu)(bu)可忽略,鋰(li)離子(zi)電(dian)池在(zai)大電(dian)流放電(dian)時(shi)容易(yi)在(zai)負極形成鋰(li)枝晶,刺(ci)穿(chuan)隔(ge)膜(mo)導(dao)致(zhi)電(dian)池內部(bu)短(duan)路進而(er)爆(bao)炸,這在(zai)鋰(li)電(dian)界是一個共(gong)識。

  其(qi)實其(qi)他(ta)的(de)問(wen)(wen)題(ti)還有很多,比(bi)如(ru)電(dian)池長(chang)期處于高荷電(dian)態(SOC)下帶來的(de)電(dian)極(ji)材料穩(wen)定(ding)性等也是一(yi)個(ge)較大的(de)問(wen)(wen)題(ti),目前關于其(qi)研究(jiu)還不多,許多機(ji)理還不清楚,等等,鋰離子電(dian)池的(de)安全性問(wen)(wen)題(ti)太多了,在(zai)這里就不一(yi)一(yi)說(shuo)明了。

        成本

  在成本(ben)上看(kan),鉛酸電池的(de)成本(ben)毫無(wu)疑問是最低的(de),無(wu)論(lun)是電極材料,電解液(ye)還是裝配(pei)環境(jing)要求等都遠(yuan)遠(yuan)低于鋰離子電池。

  就電(dian)極材料而言,鋰離子電(dian)池電(dian)極材料大(da)都需(xu)要復雜的工藝(yi)制備,且要經過一(yi)個高(gao)溫熱處(chu)理過程(cheng)(石(shi)(shi)墨化溫度大(da)于2000度,正極材料也大(da)都需(xu)要七八百(bai)度),成本(ben)大(da)都在15-20w/噸以上,石(shi)(shi)墨可能會(hui)低一(yi)些;鉛酸電(dian)池使用的氧(yang)化鉛和(he)硫酸鉛相對(dui)來說成本(ben)會(hui)低很多。

  電(dian)解(jie)液(ye)的話(hua)鋰(li)離子電(dian)池使用(yong)多(duo)個酯類溶劑價格較(jiao)高,而(er)(er)且(qie)對(dui)含水(shui)量有嚴格的要(yao)求,大都在(zai)幾十個ppm以內,電(dian)解(jie)質(zhi)鹽六氟磷酸鋰(li)不(bu)僅貴而(er)(er)且(qie)還容易分解(jie),造成危(wei)險,分解(jie)產物之一就是(shi)恐怖的HF,百度一下即可(ke)知道它的危(wei)害!而(er)(er)鉛酸電(dian)池則(ze)是(shi)硫酸溶液(ye),這個就不(bu)需(xu)要(yao)多(duo)說(shuo)了吧。

  環境

  目前(qian)社會(hui)上的呼聲大(da)都說鉛(qian)酸電(dian)池(chi)污染環境,鋰(li)離(li)子電(dian)池(chi)對環境友好等,其實這是(shi)一個很大(da)的誤區,之(zhi)前(qian)由于南(nan)方(fang)小(xiao)鉛(qian)酸電(dian)池(chi)廠(chang)太多不注意(yi)環保而大(da)肆排放,而且加上國家想要縮(suo)減鉛(qian)酸電(dian)池(chi)的規(gui)模,大(da)力發(fa)展(zhan)新能(neng)源,因此(ci)媒體的論調(diao)也有(you)較強的針對性,實際并非(fei)如(ru)此(ci)。

  目前(qian)鉛酸(suan)電池(chi)(chi)(chi)相對于鋰(li)離子電池(chi)(chi)(chi)而言做得最好(hao)的部分就是回(hui)收機制。現在(zai)鉛酸(suan)電池(chi)(chi)(chi)主要應用在(zai)電動自行車(che)和(he)啟動電源領(ling)域(yu),這兩個領(ling)域(yu)都(dou)(dou)(dou)有很強(qiang)的針對性,那(nei)就是用戶在(zai)換電池(chi)(chi)(chi)時都(dou)(dou)(dou)回(hui)到專(zhuan)門的店里去(qu)更換,為什(shen)么?可(ke)以把舊(jiu)電池(chi)(chi)(chi)折(zhe)成錢(qian)買新(xin)的啊!這些廢舊(jiu)的電池(chi)(chi)(chi)基本都(dou)(dou)(dou)會再(zai)回(hui)到專(zhuan)門的鉛板回(hui)收工廠進行二次處理重新(xin)制備(bei)電極材料。

  鋰(li)離子電(dian)池(chi)你見過(guo)有專門的(de)(de)機構回收再用來制備(bei)電(dian)極材料嗎?原(yuan)因如下(xia):第(di)一,鋰(li)離子電(dian)池(chi)應用領(ling)域太廣,這(zhe)就決定(ding)了他的(de)(de)回收難度;第(di)二,鋰(li)離子電(dian)池(chi)大都是小型的(de)(de),平常大家(jia)手機或者(zhe)mp3等不(bu)用了大都是直接扔了或者(zhe)賣了,這(zhe)些電(dian)池(chi)最后(hou)基本都躺在了垃圾(ji)桶(tong)里面。

        雖(sui)然(ran)鋰離子(zi)電(dian)池里面重金(jin)屬(shu)較少,只有(you)(you)正(zheng)極材料含有(you)(you)鈷金(jin)屬(shu),但是(shi)扛不住全世(shi)界(jie)這么大的用(yong)(yong)戶體量啊(a),長期來看,這還是(shi)個(ge)問(wen)題,所以總(zong)的來看鉛酸電(dian)池只要在制造(zao)過(guo)程中(zhong)注(zhu)意(yi)好相(xiang)關的環保措施是(shi)沒(mei)有(you)(you)問(wen)題的,因為在使用(yong)(yong)中(zhong)都是(shi)密(mi)封免維護的,最終又會(hui)有(you)(you)相(xiang)對應的回收機制。

  總結

  其實鉛酸電池(chi)絕對算是化學電源界(jie)的(de)一顆常青樹,誕生(sheng)至今(jin)已經有一百(bai)多年了,近年來雖然一直說要用(yong)鋰(li)離子電池(chi)來取(qu)代,但是我覺(jue)得在(zai)一些領域暫時是根本無(wu)法取(qu)代的(de),至少三五十(shi)年內(nei)是不可能(neng)的(de)。

  大家(jia)要(yao)(yao)用發展的(de)眼光(guang)看(kan)問題,鉛酸電池的(de)研究也一(yi)直在(zai)(zai)進步,目前在(zai)(zai)汽(qi)車啟動電源(yuan)領域依然是無敵的(de)存在(zai)(zai),鋰(li)離子電池還有(you)很(hen)長的(de)路(lu)要(yao)(yao)走(zou),還年輕(qing),希望日后能(neng)有(you)更高端的(de)電池出現(xian)并取代之!

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